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TPS5432x/62x及TPS54x18/x19低电压输入下的电二次启动问题解析
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2017-11-16
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摘要
TPS5432x/62x 是德州仪器推出的4.5V~17V 宽电源电压输入范围，输出电流最高可达6A的同步降压SWIFT™系列转换器，TPS54x18/x19 是2.95V~6V 窄电源电压输入范围，输出电流最高可达7A 的同步降压SWIFT系列转换器。该系列器件都具有热性能增强的QFN 小体积封装，专为板级空间要求苛刻的应用优化设计，其内部集成的高边和低边MOSFET 大大增强了其转换效率并具有逐周期限流的过流保护机制。但该系列器件在实际低电压输入应用中可能会出现下电时输出二次启动的现象，本文以TPS54622 器件为例，针对该问题的产生原因进行了研究分析并给出了相应的解决方案，彻底消除了输出电压过冲问题，拓宽了TPS5432x/62x 系列和TPS54x18/x19 系列的应用范围。
1 TPS54622 输出二次启动问题简介
TPS54622 是德州仪器推出的4.5V~17V 宽电源电压输入范围，输出电流可达6A 的同步降压SWIFT™系列转换器。该器件具有热性能增强的3mmx3mm QFN 小体积封装，专为板级空间要求苛刻的应用优化设计，其内部集成的高边和低边MOSFET 大大增强了其转换效率并具有“打嗝式”（Hiccup）的过流保护机制。但该器件在实际使用过程中，低电压输入时（例如5V~6V 输入）输出电压在下电过程中会出现多次过冲，最高尖峰幅值在负载为恒阻模式（CR Mode）下可达约1V，有可能影响供电后端微控制器及处理器的正常工作。
实际实验中测试抓取的TPS54622 输出波形如图1-a，图1-b 所示，整个测试框架示意图如图2所示，测试电路原理图如图3 所示。实际测试中使用TPS54622 的评估板 （TPS54622EVM-012）作为被测对象，测试条件如下：
①输入电压VIN=5.0V
②输出电压VOUT=3.3V
③输出电流IOUT=3A，使用电子负载分别设定为恒流和恒阻模式进行测试
在图1-a 和图1-b 中，VIN 代表输入电压波形，VOUT 代表输出电压波形，VEN 代表使能端波形，VPG代表芯片电源正常（Power Good）引脚波形。从图1-a 和图1-b 中可以看出输入电压下电后，输出电压VOUT 没有立即变为0V，而是经过多次波动后才降为0V。实际测试恒阻模式下过冲尖峰高达0.86V，这种输出尖峰将大大干扰从此电压获取电源的MCU 及处理器的正常工作，使本已下电停机的MCU 或处理器再次启动，影响系统工作的稳定性，这在系统电源轨为0.9V、1.2V 等环境下表现的更为严峻。因此，为达到TPS54622 的电压使用范围（芯片数据手册标称工作范围为4.5V~17V），有必要对此问题进行深入分析并找到变通的解决方法。
TPS5432x/62x 是德州仪器推出的4.5V~17V 宽电源电压输入范围，输出电流最高可达6A的同步降压SWIFT™系列转换器，TPS54x18/x19 是2.95V~6V 窄电源电压输入范围，输出电流最高可达7A 的同步降压SWIFT系列转换器。该系列器件都具有热性能增强的QFN 小体积封装，专为板级空间要求苛刻的应用优化设计，其内部集成的高边和低边MOSFET 大大增强了其转换效率并具有逐周期限流的过流保护机制。但该系列器件在实际低电压输入应用中可能会出现下电时输出二次启动的现象，本文以TPS54622 器件为例，针对该问题的产生原因进行了研究分析并给出了相应的解决方案，彻底消除了输出电压过冲问题，拓宽了TPS5432x/62x 系列和TPS54x18/x19 系列的应用范围。
1 TPS54622 输出二次启动问题简介
TPS54622 是德州仪器推出的4.5V~17V 宽电源电压输入范围，输出电流可达6A 的同步降压SWIFT™系列转换器。该器件具有热性能增强的3mmx3mm QFN 小体积封装，专为板级空间要求苛刻的应用优化设计，其内部集成的高边和低边MOSFET 大大增强了其转换效率并具有“打嗝式”（Hiccup）的过流保护机制。但该器件在实际使用过程中，低电压输入时（例如5V~6V 输入）输出电压在下电过程中会出现多次过冲，最高尖峰幅值在负载为恒阻模式（CR Mode）下可达约1V，有可能影响供电后端微控制器及处理器的正常工作。
实际实验中测试抓取的TPS54622 输出波形如图1-a，图1-b 所示，整个测试框架示意图如图2所示，测试电路原理图如图3 所示。实际测试中使用TPS54622 的评估板 （TPS54622EVM-012）作为被测对象，测试条件如下：
①输入电压VIN=5.0V
②输出电压VOUT=3.3V
③输出电流IOUT=3A，使用电子负载分别设定为恒流和恒阻模式进行测试
在图1-a 和图1-b 中，VIN 代表输入电压波形，VOUT 代表输出电压波形，VEN 代表使能端波形，VPG代表芯片电源正常（Power Good）引脚波形。从图1-a 和图1-b 中可以看出输入电压下电后，输出电压VOUT 没有立即变为0V，而是经过多次波动后才降为0V。实际测试恒阻模式下过冲尖峰高达0.86V，这种输出尖峰将大大干扰从此电压获取电源的MCU 及处理器的正常工作，使本已下电停机的MCU 或处理器再次启动，影响系统工作的稳定性，这在系统电源轨为0.9V、1.2V 等环境下表现的更为严峻。因此，为达到TPS54622 的电压使用范围（芯片数据手册标称工作范围为4.5V~17V），有必要对此问题进行深入分析并找到变通的解决方法。
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